معلومة

ما هو الكربون في التربة؟

ما هو الكربون في التربة؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

غالبًا ما أرى مصطلح "الكربون في التربة" (مثال) ولكن لا يمكنني معرفة ماهيته. إنه هدف إيجابي أيضًا - يريد الناس تقنيات زراعية لا تستنفده.

ما هو شكل هذا الكربون وما هي المصادر الرئيسية؟ كيف تساعد النباتات والكائنات الحية الأخرى التي تستخدم التربة؟


يشير إلى الكربون العضوي ، أي الكربون الموجود في البروتينات والكربوهيدرات والجزيئات الأخرى نتيجة لعملية التمثيل الغذائي للكائنات الحية. تعتبر التربة الغنية بالكربون مؤشرا على أن الكائنات الحية الدقيقة والحشرات والديدان تعيش في التربة. إنها أساس النظام البيئي للتربة وتعزز تدفق العناصر الغذائية التي ستدعم في النهاية نمو النبات. تشير التربة ذات المحتوى المنخفض من الكربون العضوي إلى أنها بيئة قاسية تكافح فيها الكائنات الحية.

بعض المقالات في هذا الشأن:

https://en.wikipedia.org/wiki/Soil_microbiology http://www.nature.com/nature/journal/v501/n7468_supp/full/501S18a.html http://mbio.asm.org/content/6/ 2 / e02527-14.full


إذا أخذت عينة تربة متوسطة ، فإنها تحتوي على الكثير من المواد العضوية ، ما لم تكن معدنية تمامًا مثل رمال الصحراء. تحتوي المادة العضوية دائمًا على عناصر C ، H ، O ، وغالبًا ما يتم تصنيف مستنقعات الخث N. الخث ، يمكن أن تشتعل فيه النيران بسبب محتوى الكربون. يعتبر الدبال في تربة الغابات عضويًا في الغالب. إذا تمت إزالة عمر تثبيت الكربون من أرض غنية بالكربون ، فغالبًا ما يعود الكربون في التربة ببطء إلى الحالة المعدنية ، غالبًا كدالة لدرجة الحرارة (تمعدن التربة الساخنة بشكل أسرع) تتحول منتجات الكربون إلى مركبات طاقة أقل تطايرًا أكثر بساطة ، عن طريق تناولها عن طريق الكائنات الحية وتتنفس كثاني أكسيد الكربون.


سيكون الكربون الموجود في التربة هو ما تبقى من أي شيء مات هناك ، أو أي براز حيواني.

قد يفيد الكربون الموجود في التربة البكتيريا التي تعيش في التربة ، والتي قد تصلح النيتروجين أو تحوله بطريقة أخرى ، لكن النباتات لا تستخدمه.

ومع ذلك ، دعونا نتخيل أن كلبًا يتجول ويموت. سوف تتعفن إلى عجينة لزجة حيث تأكلها الديدان ، ثم تتسرب إلى فوضى فاسدة ، وفي النهاية سيتحول ما تبقى منها إلى تراب.

تحتوي الأوساخ على الكثير من الكربون ، والتي من المحتمل أن تستخدمها البكتيريا ، وستحتوي الأوساخ على الكثير من المعادن ، والتي تستخدمها النباتات.

يحصلون على الكربون من ثاني أكسيد الكربون.


الكربون هو أهم عنصر في التربة

لاحظ أن العشب تضرر من الحريق ، ولكن في المنطقة المحيطة به ، يكون العشب أكثر خضرة من بقية العشب. هذا هو نتيجة الكربون (والبوتاس ، ولكن في الغالب الكربون). وهذا هو السبب في أن الكربون هو أهم عنصر في التربة.

لفهم أهميتها ، من المهم فهم دورها في تنمية التربة.

أولاً ، هناك & # 8217s دورة الكربون. في الأساس ، تعد دورة الكربون هي القدرة الطبيعية للتربة على إنتاج الكربون الخاص بها من خلال إنتاج جذور النباتات وموتها. عندما تموت الجذور ودورتها ، فإنها تترسب مرة أخرى في التربة كمواد عضوية لتتحلل باستمرار عن طريق النشاط الميكروبي إلى الكربون. الميكروبات ثم المنزل في الكربون المترسب لتتكاثر ثم تتغذى على رواسب موت الجذر التالية. تستمر هذه الدورة وتستمر ، وطالما أن الغطاء النباتي يعيش على السطح ، ستستمر الجذور في تحسين حالة التربة (من خلال دورة الكربون).

نهاية القصة & # 8230 أليس كذلك؟ حسنًا ، ليس بهذه السرعة.

بصفتنا مديري العشب ، فإن منتجنا هو نتيجتنا. والنتائج تستغرق وقتًا لتحقيقها. عادة ، لدينا سنة تقويمية واحدة & # 8220 لجعل أو كسر & # 8221 خاصية. الخطوة الأولى هي إنشاء ثقافة أحادية العشب. التوحيد ممتع من الناحية الجمالية. يضيف إنتاج اللون الأخضر الداكن أيضًا إلى الجماليات. كلاهما يمكن أن يتم في إطار زمني لسنة واحدة. ومع ذلك ، فإن النهج الحالي في الصناعة للوصول إلى هذه النقطة هو استخدام المغذيات الاصطناعية (النيتروجين في الغالب) لدفع العشب الأخضر سريع النمو.

لذا ، إذا استطعنا تحقيق عشب أخضر داكن بالنيتروجين فقط ، فلماذا القلق بشأن الكربون؟

تذكر أننا تحدثنا عن كيف قضينا عام واحد & # 8220 نصنع أو نكسر & # 8221 عقارًا؟ في عام واحد ، يمكننا أن نكمل صناعيا لإنشاء خاصية. ولكن إذا واصلنا القيام بذلك على أساس سنوي ، بحلول العام الثالث ، نبدأ في كسر الممتلكات. إذن يصبح السؤال & # 8211 كيف يحدث ذلك؟

لذلك من خلال دفع النمو بالنيتروجين ، فإننا نحفز نموًا كبيرًا دون بذل الكثير من الجهد لتطوير نمو الجذور. خاصة إذا كنا & # 8217re مكملًا بمعدلات عالية من N. ما يحدث هو أن نقص نمو الجذور يساهم في عدم إعادة تدوير الكربون إلى التربة. ينمو عدد أقل من الجذور ، ويموت أقل ، ويترسب الكربون مرة أخرى في التربة ، ويتكاثر عدد أقل من الميكروبات ، وتبدأ صحة التربة في التدهور. تذكر أن الكربون هو أهم عنصر في التربة & # 8230

ستصبح عشب العشب في هذه المرحلة معتمدة بشكل كبير على العناصر الغذائية الاصطناعية لأن التربة لن تطور صحة كافية لتكون قادرة على تخزين العناصر الغذائية ، أو تكسير OM لإنتاج العناصر الغذائية الخاصة بها.

من الناحية النظرية ، ولكن مع خفض معدلات النيتروجين لدينا ، يمكن لعشب العشب أن يحافظ على نمو جذوره بمعدل مناسب. وبعد ذلك خلال سنوات دورة الكربون ، ستتحسن صحة التربة وسيزدهر العشب حقًا.

باستثناء & # 8230 لتلك السنوات من تراكم الكربون ، لن يكون للعشب نفس القيمة الجمالية مثل شركة أخرى تستخدم معدلات N أعلى.

إنه & # 8217s حالة خاسرة / خاسرة. نجري معدلات عالية من N ، تبدو مروجنا جيدة على المدى القصير ، وتعاني على المدى الطويل. لدينا معدلات منخفضة ، ومروجنا تعاني على المدى القصير ، وتبدو جيدة على المدى الطويل.

إذا بدأنا في إضافة الكربون مع كل استخدام للأسمدة ، فيمكننا بناء مستويات OM للتربة ، ومجموعات الميكروبات ، والتي بدورها تبدأ دورة كربون أسرع. في هذه المرحلة ، الجواب سهل & # 8211 يكمل الكربون. في حال نسيت ، الكربون هو أهم عنصر في التربة.

لكن كيف نكمل الكربون؟

هناك عدة طرق يمكننا من خلالها القيام بذلك. أعلى الملابس مع السماد هي طريقة واحدة & # 8211 لكنها كثيفة العمالة ومكلفة. الطريقة الثانية هي استخدام الأسمدة العضوية مثل المواد الصلبة الحيوية التي تأتي من فضلات الإنسان. يمكن تطبيق ذلك من خلال الموزعة وهو رخيص نسبيًا.

لذا فإن الإجابة السهلة هي استخدام المواد الصلبة الحيوية أو السماد.

مع الضمادات العلوية ، وفقًا لدراسة وزارة الزراعة الأمريكية ، يتطلب الأمر 10 أرطال من المواد العضوية لتتحلل إلى رطل واحد من المادة العضوية. هذا هو الكثير من المواد لتقسيمها إلى مادة قليلة جدًا.

وفقًا للدراسة التي أجرتها VA Tech ، يجب تطبيق 10-15 رطلاً من المادة العضوية لكل ألف قدم مربع على مدار العام لتقليل مدخلات النيتروجين. من حيث السماد ، يتم تطبيق 100-150 رطل من السماد لكل ألف قدم مربع. ليس هذا مكلفًا بشكل لا يصدق فحسب ، بل إنه من الصعب جدًا انتشاره. يعتبر النقل والإمداد حتى نقل هذا القدر من المواد أمرًا صعبًا. يعتبر دمج هذا القدر من المواد في التربة مهمة شاقة.

باستخدام نفس الدراسة ، يمكن إجراء ذلك بسهولة باستخدام المواد الصلبة الحيوية والسماد الطبيعي. لا يزال 10-15 رطلاً لكل ألف قدم مربع سنويًا مكلفًا ومكلفًا للغاية ، ولكن من الأسهل الحصول على المواد ونشرها. المشكلة التي نواجهها مع المواد الصلبة الحيوية والسماد هي أن نفقات & # 8217s غالبًا ما تلغي الميزانية لتوفير مغذيات إضافية. وعلى الرغم من أن المواد الصلبة الحيوية والأسمدة توفر العناصر الغذائية ، فإنها & # 8217re بكميات محدودة ويعتمد توقيت إطلاقها على درجات حرارة التربة. وفقًا لـ Texas A & ampM ، هناك نقاط حلوة للنشاط الميكروبي فيما يتعلق بدرجة حرارة التربة. بين 60-85 درجة ، نرى أكبر نمو في النشاط الميكروبي. في تلك المرحلة من درجة الحرارة ، نحصل على التحرر من المواد الصلبة الحيوية والسماد الطبيعي. خارج ذلك ، نحن لا & # 8217t. وهذا يترك برنامجنا مفتوحًا ليتفوق عليه المنافسون.

دعونا نختتم هذا الأمر بنهجنا في خصوبة التربة.

تلخيص ما ناقشناه & # 8217:

  1. الكربون مهم.
  2. المواد التركيبية مطلوبة للحفاظ على النتائج بشكل جزئي أو أفضل من المنافسين
  3. Topdressing مكلف
  4. المواد الصلبة الحيوية والسماد الطبيعي أقل تكلفة ، ولكنها غير متسقة.

في Outdoor Designs ، نستخدم منتجات الجسر. نحن نستخدم مصادر توصيل الكربون من العديد من العناصر النشطة المختلفة مع كل تطبيق للأسمدة نقوم به. نحن نستخدم المواد الصلبة الحيوية والأسمدة الحيوية والأحماض الدبالية لتوصيل الكميات المناسبة من الكربون لإنشاء تربة ذاتية الاكتفاء. من خلال الجمع بين مصادر الكربون والمواد التركيبية ، نحصل على التغذية الأولية المتسقة والمتوقعة التي نعرفها ونتوقعها بالإضافة إلى خصائص بناء التربة التي تأتي مع الخصوبة القائمة على الكربون. نحن نعلم أن الكربون هو أهم عنصر في التربة.


منظور عالم التربة - زراعة الكربون ، شهادة ثاني أكسيد الكربون و # 038 عزل الكربون في التربة

زراعة الكربون هي كلمة طنانة جديدة ، نوقشت بشدة في مفوضية الاتحاد الأوروبي ، في الوزارات الأوروبية وغرف الزراعة ، وهي موضوع العديد من المشاريع والحركات. في الواقع تم اقتراحه كمخطط بيئي من قبل اللجنة. ومع ذلك ، لا يوجد حتى الآن تعريف ملزم لـ "زراعة الكربون" ويبدو أن هناك العديد من المفاهيم المختلفة للمصطلح. ما تشترك فيه معظم الأساليب هو هدف تخزين الكربون في التربة بطريقة ما. يشرح عالم التربة الدكتور أندريا بيست بعض النقاط المهمة لهذا النهج المتنازع عليه في إدارة التربة والأراضي.

في عام 2018 ، تم اعتماد لائحة استخدام الأراضي وتغيير استخدام الأراضي والحراجة (LULUCF) [1]. سيتم تضمين التزاماتها في إطار سياسة الطاقة والمناخ الجديد للاتحاد الأوروبي للفترة من 2021 - 2030. ومن المتوقع أن يساهم هذا في هدف الاتحاد الأوروبي المتمثل في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بنسبة 55 في المائة على الأقل بحلول عام 2030 مقارنة بمستويات عام 1990 . في هذا السياق ، تدعم استراتيجية "المزرعة إلى الشوكة" التابعة لمفوضية الاتحاد الأوروبي شهادات ثاني أكسيد الكربون للزراعة.

في رأيي ، هذا ليس بناء ولا منتج. عندما يتعلق الأمر بالدبال والتربة ، يجب أن ينصب التركيز على خصوبة التربة وخدمات النظام البيئي وزيادة المرونة في مواجهة تغير المناخ ، وليس على عزل ثاني أكسيد الكربون وتداول الشهادات وتخزين الكربون. إن اعتبار عامل منعزل داخل نظام إيكولوجي زراعي من الناحية الاقتصادية البحتة لا يعطي قيمة كافية لخدمات النظام الإيكولوجي ويخاطر بحفز اعتماد تدابير من جانب واحد.

الأولوية - الحد من انبعاثات غازات الدفيئة في الزراعة

تحضير الأسمدة التجارية المعبأة في أكياس

بعض الحقائق. ينتج نصيب الأسد من غازات المناخ في الغلاف الجوي عن استخراج رواسب الكربون الأحفوري في شكل صلب أو غازي (طاقة للصناعة والنقل والتدفئة والتبريد وما إلى ذلك). وفقًا لتقرير الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ حول استخدام الأراضي وتقرير الزراعة في العالم [2] ، تعد الزراعة محركًا لتغير المناخ فضلاً عن كونها ضحيتها المأساوية. واعتمادًا على نوع النظام الزراعي ، فإنه يتمتع أيضًا بإمكانية التخفيف الحاسمة.

نادرًا ما تتم مناقشة حقيقة أخرى وهي أن أكبر مساهمة للزراعة في تغير المناخ تنبع من إنتاج واستخدام الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية [3]. من خلال تقليل استخدام الأسمدة الكيماوية واستبدالها بأسمدة عضوية عالية الجودة ، يمكن منع نصف انبعاثات غازات الدفيئة الزراعية مع بناء الدبال في نفس الوقت.

نقطة تدخل رئيسية أخرى هي الحد من أعداد الحيوانات ، من خلال ربط أعداد الحيوانات بالمساحات المتاحة وتعزيز رعي المراعي. بسبب الدبال المخزن تحت الأراضي العشبية ، فإن هذا الإجراء على وجه الخصوص من شأنه أن يساهم في حماية المناخ. بصرف النظر عن التربة في مناطق التربة الصقيعية ، تحتوي أراضي الخث والأراضي العشبية على الجزء الأكبر من الكربون المخزن في التربة. يجب أن تكون حماية هذه المناطق الأحيائية أولوية. بجانب الغابات ، تعد الأراضي العشبية أكبر منطقة حيوية على كوكبنا وتغطي حوالي 40 بالمائة من مساحة الأراضي المزروعة [4].

المجترات ضرورية لحماية الأراضي العشبية لأن المراعي المروية فقط هي التي ستستمر ، وكلما زاد رعيها بانتظام ، زاد تراكم الدبال. وبالتالي، لا يمكن فقط تقييم المجترات وفقًا لانبعاثات غاز الميثان الخاصة بها: قم بتوسيع إطار التقييم - وبالمقارنة مع استخدام الأسمدة الكيماوية - يتغير التوازن بشكل كبير لأن المجترات ترعى ، فهي حامية نشطة للمناخ [5].

تساهم التربة الزراعية الصحية بشكل كبير في عمل نظمنا البيئية. ما نحتاجه هو نسبة عالية من الدبال وحياة تربة نشطة. ومع ذلك ، لا يمكن أن تكون مهمة الزراعة "التقاط" غازات الدفيئة الناتجة عن الإنتاج الصناعي وتخزينها بشكل دائم في التربة. تعني حياة التربة النشطة أن الدبال قد تم بناؤه ولكنه أيضًا يتحلل ويتحول دائمًا (العمليات التي ستطلق أيضًا ثاني أكسيد الكربون أيضًا). التربة ليست مناسبة للعمل كمخزن دائم للكربون المحجوز من الهواء. لهذا السبب ، شهادات ثاني أكسيد الكربون ليست الأداة المناسبة للزراعة.

أهمية المناخ لعزل الكربون في التربة

خلال مؤتمر الأمم المتحدة للمناخ لعام 2015 في باريس ، تم البدء في برنامج عالمي لبناء الدبال. تهدف "مبادرة 4-Permille" (4 pour 1000) إلى زيادة تخزين الكربون سنويًا في التربة بمقدار 4 بيرميل. الافتراض هو أن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون البشرية المنشأ يمكن تعويضها بالكامل تقريبًا.

لن يعترض أحد على بناء الدبال في تربة العالم. مع استثناءات قليلة جدًا ، وعندما يتم إجراؤه بشكل صحيح ، سيكون له تأثير إيجابي على بنية التربة وتبادل المواد. لكن، من المشكوك فيه إلى حد كبير تبرير الحاجة إلى المزيد من الدبال في التربة بالقول إنه ينبغي إعفاء القطاعات الصناعية الأخرى من أداء واجباتها المنزلية وتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. هذا الخط من الحجة يقلل من بناء الدبال إلى أداة في منطق شهادة ثاني أكسيد الكربون وهذه ليست حجة مناسبة ، على الأقل ليس للزراعة. إنه لا ينصف الأهمية الكبيرة التي يتمتع بها بناء الدبال في الحفاظ على خصوبة التربة ، وخدمات النظام البيئي للتربة والأمن الغذائي العالمي. لضمان خصوبة التربة ، نحتاج إلى تربة حية ذات نشاط بيولوجي عالي وتنوع - وهذا التنوع لن يكون موجودًا بدون عمليات التحلل.

في عام 2012 ، كتب المعهد الفيدرالي لبحوث المناطق الريفية والغابات ومصايد الأسماك (Thünen) في ألمانيا فيما يتعلق بإمكانية عزل الكربون في التربة بغرض حماية المناخ:

"التخزين الإضافي للكربون العضوي في التربة في سياق الإدارة المستدامة للدبال محدود بشكل عام من حيث الوقت والكمية لأن خزان الدبال يطور توازنًا جديدًا. بمجرد تغيير إدارة التربة مرة أخرى ، يمكن تمعدن حتى الكربون العضوي الذي ربما تم تخزينه لعقود من الزمن في وقت قصير " [6].

يستنتج معهد Thünen أن يعتبر بناء الدبال مهمًا لخصوبة التربة وحماية التعرية وتكوين المياه الجوفية والحماية من الفيضانات ، كما أنه يجعل الزراعة أكثر مقاومة للمناخ. لكنها ليست مناسبة لشهادات CO2. تم التأكيد على هذه النقطة في رد معهد Thünen Institute لعام 2018 على "مبادرة 4-Permille" [7].

"شهادات ثاني أكسيد الكربون لعزل الكربون الموجود في الغلاف الجوي في التربة: الأساليب والتدابير والقيود" [8] هو عنوان دراسة عام 2020 ضمن مشروع "BonaRes" (التربة كمورد مستدام للاقتصاد الحيوي) بتمويل من الفيدرالية الألمانية وزارة البحث العلمي. إنه أيضًا يسلط الضوء على قيود تداول شهادة CO2. التخزين عرضة لتقلبات قوية ، وهو قابل للعكس ، والقياس صعب. في الوقت الحاضر ، يقوم مؤلفو الدراسة بتقييم أداة شهادات CO2 بشكل نقدي. على الرغم من أنهم يعتبرون استخدام ممارسات الإدارة الجيدة لرفع محتوى الكربون في التربة الزراعية أمرًا إيجابيًا فيما يتعلق بالزراعة وحماية المناخ ، إلا أنهم استنتجوا أن أداة شهادات ثاني أكسيد الكربون الخاصة قد تكون غير مناسبة.

ما هو مهم بشكل خاص هنا هو ذلك إن زيادة محتوى الكربون في التربة ليست بالضرورة مرادفًا للنموذج الزراعي المستدام وبناء الدبال عالي الجودة. يمكن لبعض التدابير أن يكون لها تأثير سلبي على التربة أو يمكن أن تدخل الملوثات المحتملة في التربة (على سبيل المثال "الفحم الحيوي"). لذلك ، فإن التركيز الضيق على جوانب حماية المناخ في الزراعة يمكن أن يضر في الواقع بالوسائط البيئية الأخرى [9]. اختتم معهد Thünen الألماني في عام 2012:

"يجب تنفيذ تدابير تغير المناخ في الزراعة أولاً في المناطق التي يوجد فيها تآزر كبير مع الأهداف البيئية والسياسات البيئية الأخرى".

لا يوجد سبب للنشوة "biochar"

تمت مناقشة إدخال الكربون في التربة عن طريق الانحلال الحراري للكربون / "الفحم الحيوي" كثيرًا في هذا السياق. يقول أولئك الذين يضغطون من أجلها إنها مستقرة بشكل خاص ولا تتراجع بسرعة. لكن، دعم التقنيات التي تهدف إلى تخزين الكربون في التربة لأطول فترة ممكنة مع تثبيته ضد النضوب يتجاهل حقيقة أنه - على الأقل في المناخات المعتدلة - إن حياة التربة هي المسؤولة في المقام الأول عن خدمات النظام البيئي للتربة..

فقط المستوى العالي من النشاط البيولوجي سينتج عنه خصائص جيدة للتربة وتغذية نباتية صحية بالإضافة إلى المسام الحيوية لتخزين المياه وتنقيتها. تشير هذه البيولوجيا النشطة بشكل عام إلى تراكم الدبال ولكن أيضًا عملية التحلل [10]. الفحم الحيوي الميت ، الذي يؤخر عملية التحلل ، لا يدعم هذا النشاط البيولوجي العالي. تحدث التأثيرات القوية للفحم في ما يسمى بالتربة "Terra Preta" لأن التربة الاستوائية لا تحتوي على أي مبادلات مغذية ، ومن الصعب تكوين الدبال. الوضع في التربة في المناطق المعتدلة مختلف تمامًا. وبدون التلقيح المسبق للفحم الحيوي بالمغذيات ، فإن سعة تخزين المغذيات القوية تساهم في تجميد المغذيات ، الأمر الذي يؤدي إلى نتائج عكسية للغاية ، خاصة في الزراعة العضوية [11].

استعرضت دراسة تلوية نقدية عددًا كبيرًا من المنشورات (& gt300) وخلصت إلى ذلك لا توجد أدلة تجريبية كافية لدعم إمكانات الكربون النباتي / تطبيق "الفحم الحيوي" في التخفيف من تغير المناخ [12]. لكي يكون لها تأثير حقيقي على المناخ ، يجب استخدام كميات هائلة من "الفحم الحيوي". أظهرت النمذجة العددية أنه يمكن تحقيق حوالي 1٪ من هدف خفض غازات الاحتباس الحراري في ألمانيا لعام 2030 من خلال إنتاج "الفحم الحيوي". ومع ذلك ، فإن هذا يتطلب معالجة كل الكتلة الحيوية المتاحة في ألمانيا في "الفحم الحيوي" [13].

فيما يتعلق ببناء الدبال والتأثيرات الإيجابية على بيئة التربة ، من الواضح أن إدخال "الفحم الحيوي" في التربة أقل شأناً مقارنة بالتقنيات مثل التناوب المحصولي المتوازن مع تغلغل الجذور المتنوعة والعميقة ، والزراعة المستدامة ، والحراجة الزراعية ، وإعادة تدوير المواد العضوية من خلال استخدام السماد الصلب ومخلفات المحاصيل والسماد [14>. تم تجربة واختبار كل هذه التقنيات في الزراعة لمئات السنين وقام المزارعون العضويون بتحسينها بشكل أكبر.

مرة أخرى ، اقتباس من معهد Thünen لحماية المناخ الزراعي من تقرير حالة التربة لعام 2018:

"هل استخدام biochar له إمكانات؟ يثبت Biochar من عملية الانحلال الحراري أنه مستقر للغاية في التربة وبالتالي يمكن أن يساهم في الجزء المستقر من الدبال الدائم. باستخدام الفحم الحيوي ، لم تظهر تأثيرات المحصول الإيجابية حتى الآن إلا في التربة الاستوائية الفقيرة بالمغذيات ، ولكن ليس في التربة الغنية بالمغذيات في المناطق المناخية المعتدلة. تظل الأسئلة المفتوحة ، فيما يتعلق بتوافر ركائز أولية مناسبة للفحم الحيوي ، ومحتوى الملوثات ، والربحية والإطار القانوني بالإضافة إلى التقييم العام النشط والبيئي ، وهي تقف حاليًا في طريق التقييم الإيجابي لاستخدام الفحم الحيوي في منطقتنا التربة الصالحة للزراعة ".

السماد أكثر فعالية بكثير من "الفحم الحيوي"

يعتمد التأثير الإيجابي للأسمدة الغنية بالكربون في التربة بشكل كبير على الشكل الذي يدخل فيه الكربون إلى التربة. ليس كل سماد عضوي مناسبًا لحياة التربة (على سبيل المثال ، الملاط أو كميات كبيرة من المواد الطازجة ليست مفيدة لحياة التربة). يعتبر الكومبوست مناسبًا بشكل خاص لتحسين التربة وزيادة محتواها من الدبال وخصوبتها. وهو أكثر فعالية بكثير من "الفحم الحيوي".

تم إثبات العديد من التأثيرات الإيجابية للسماد (بدون التخصيب "biochar") على التربة لسنوات عديدة [15]:

  • زيادة الاستقرار الكلي وتحسين بنية التربة
  • زيادة حجم المسام مع التحسين المتزامن في تخزين المياه وقدرات الترشيح
  • زيادة النشاط البيولوجي
  • زيادة محتوى الدبال
  • تقليل مخاطر التآكل والحماية من الفيضانات
  • زيادة في الفطريات وتحسين إمدادات المغذيات
  • انخفاض ترشيح النيتروجين
  • تحسين مقاومة الأمراض في المحاصيل

وفقًا للمعرفة الحالية ، من هذه القائمة ، يوفر "الفحم الحيوي" 1-3 تأثيرات إيجابية على الأكثر (النتائج في الدراسات الحالية تختلف اختلافًا كبيرًا [16]). لذلك ، إذا توفرت الكتلة الحيوية غير الملوثة ، فمن الأكثر فعالية بالنسبة للتربة والمناخ استخدامها لإنتاج سماد عالي الجودة بدلاً من الفحم الحراري. علاوة على ذلك ، في الفحم المتحلل حراريًا / "الفحم الحيوي" ، يستمر احتمال الملوث. في تقنية الانحلال الحراري ، يتم تفحيم المواد العضوية عند درجات حرارة 350 درجة مئوية ومحتويات أكسجين بنسبة & lt 2٪. كلما ارتفعت درجات الحرارة ، كلما كان الكربون أكثر استقرارًا. بشكل مستقل إلى حد كبير عن مواد البداية ، سيتم دائمًا تكوين مجموعة متنوعة من المواد العضوية العطرية أثناء عملية الانحلال الحراري. من بينها عدد من الملوثات التي يصعب تفكيكها ، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) ، والتي تعتبر مسببة للسرطان ومسببة للطفرات [17]. لذلك ، فإن تطبيق "الفحم الحيوي" يتضمن خطرًا محتملاً على التربة.

فيما يتعلق بـ "الفحم الحيوي" ، فإن تقرير فريق الخبراء للمشورة الفنية حول الإنتاج العضوي (EGTOP) في مفوضية الاتحاد الأوروبي يصل إلى الاستنتاج التالي:

"تنص مبادئ الزراعة العضوية على أن خصوبة التربة يجب أن تستند إلى" التربة الحية "، وهذا يعني من خلال تعزيز النشاط الميكروبي للتربة. وبالتالي ، فإن غالبية الأسمدة المستخدمة في الزراعة العضوية تغذي الكائنات الحية الدقيقة في التربة. على النقيض من ذلك ، biochar لا يغذي كائنات التربة مباشرة. هناك طرق بديلة لإعادة تدوير المواد العضوية ، مثل التسميد. إذا تم تطبيق الفحم الحيوي على نطاق واسع (لأنه سيكون ضروريًا للتأثير على المناخ) ، فإن استخدام الكتلة الحيوية لإنتاج الفحم الحيوي سوف يتنافس مع الاستخدامات التقليدية للكتلة الحيوية (على سبيل المثال للتسميد) والمخلفات النباتية الأخرى (القش) ، والتي تعتبر ضرورية لبناء الدبال. تشير المجموعة إلى أن المواد المحولة إلى سماد لها آثار مفيدة على التربة ، وفي حالات محددة يمكن أن تكون أكثر فعالية مقارنة بالفحم الحيوي. [18] "

سوق عالمي - مع التركيز على الإعانات

لم يعد سوق "الفحم الحيوي" العالمي يدور حول "الرواد". في عام 2019 ، بلغ حجم مبيعاتها مليار دولار ونموًا قويًا [19].

تشارك شركات مثل Diacarbon Energy Agri-Tech Producers و Biochar Now و Carbon Gold و Kina و The Biochar Company و Swiss Biochar و GmbH و ElementC6 ومنتجات BioChar و Black Carbon و Cool Planet و Carbon Terra. ولم يعد الأمر مجرد مسألة مواد متبقية. في غضون ذلك ، يتم استخدام الخشب (وليس البقايا) والذرة والقمح كمواد خام [20].

لكن الإنتاج معقد ومكلف للغاية ، مما يجعل "الفحم الحيوي" غير جذاب للعملاء المحتملين - المزارعين على وجه الخصوص. لذلك ، فإن دعم "زراعة الكربون" سيكون مثاليًا من منظور الشركات في السوق.

لا ينبغي أن نقع في غرام تقنية الغسل الأخضر التالية بوعود عالية ، مما يؤدي إلى تحويل التمويل بعيدًا عن الأنظمة الشاملة مثل الزراعة العضوية مع العديد من المزايا في توفير خدمات النظام البيئي والتحول إلى الحلول التكنولوجية الزائفة مثل دفن "الفحم الحيوي" باستخدام مجموعة من علامات الاستفهام حول الاستدامة.

[1] لائحة (الاتحاد الأوروبي) 2018/841 للبرلمان الأوروبي والمجلس بتاريخ 30 مايو 2018 بشأن إدراج انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وعمليات الإزالة من استخدام الأراضي وتغير استخدام الأراضي والحراجة في إطار المناخ والطاقة لعام 2030 ، وتعديل اللائحة (الاتحاد الأوروبي) رقم 525/2013 والقرار رقم 529/2013 / الاتحاد الأوروبي

[2] الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (2000) استخدام الأراضي وتغير استخدام الأراضي والحراجة.
التقييم الدولي للمعرفة والعلوم والتكنولوجيا الزراعية من أجل التنمية (IAASTD) (2009): الزراعة عند مفترق طرق. واشنطن.

[3] ساتون ، إم ، هوارد ، سي وآخرون. (محرران) (2011): تقييم النيتروجين الأوروبي: المصادر والتأثيرات ووجهات نظر السياسة. صحافة جامعة كامبرج.

[4] White R.P.، Murray، S. and Rohweder، M. (2000) Pilot Analysis of Global Ecosystems: Grassland Ecosystems. معهد الموارد العالمية ، واشنطن العاصمة ،

[6] Thünen-Institut (2012) Studie zur Vorbereitung einer effizienten und gut abgestimmten Klimaschutzpolitik für den Agrarsektor، Sonderheft 361

[7] Thünen-Institut (2018): ورقة عمل Thünen 112¸ Die 4-Promille-Initiative "Böden für Ernährungssicherung und Klima" - Wissenschaftliche Bewertung und Diskussion möglicher Beiträge in Deutschland

[8] Wiesmeier، M. et al. (2020) CO2-Zertifikate für die Festlegung atmosphärischen Kohlenstoffs in Böden: Methoden، Maßnahmen und Grenzen، BonaRes Series 2020/1 DOI: 10.20387 / bonares-f8t8-xz4h

[10] García، A. et al. (2014) آثار المواد الدبالية على استقلاب النبات والإنتاجية الزراعية ، الفصل 18. في: التقنيات الناشئة وإدارة تحمل الإجهاد المحصولي ، الصحافة الأكاديمية

[11] Gul S and Whalen JK (2016) التدوير البيوكيميائي للنيتروجين والفوسفور في التربة المعدلة بالفحم الحيوي. بيولوجيا التربة والكيمياء الحيوية. إلسفير ليمتد 103: 1-15. متاح على: http://dx.doi.org/10.1016/j.soilbio.2016.08.001.

[12] جورويك ، ن. وآخرون. (2013). مراجعة منهجية لبحوث Biochar ، مع التركيز على استقرارها في الموقع ووعدها كاستراتيجية للتخفيف من آثار تغير المناخ.

[13] Teichmann، I.، 2014. Klimaschutz durch Biokohle in der deutschen Landwirtschaft: Potentiale und Kosten. DIW Wochenbericht Nr. 1 + 2.2014، 3-14.

[14] Diacono، M and Montemurro F. (2010) التأثيرات طويلة المدى للتعديلات العضوية على خصوبة التربة. مراجعة. أغرون سستين ديف 3

Ingham، E. (2006): كيف تعمل شبكة الغذاء في التربة والسماد على زيادة محتوى المواد العضوية في التربة في Org.-Solut. كليم. تغيير 13

Beste، A. and Faensen-Thiebes، A. (2015) Terra Preta / Pyrolysekohle. BUND - Einschätzung ihrer Umweltrelevanz.

[15] Beste، A. (2005) Landwirtschaftlicher Bodenschutz in der Praxis. Grundlagen والتحليل والإدارة. Erhaltung der Bodenfunktionen für gesunde Erträge und Klimaresilienz - Humusaufbau، Fruchtfolgegestaltung، Bodenbearbeitung

BMLFUW، Österreich (2006) Evaluierung der nachhaltig positiven Wirkung von Kompost auf die Fruchtbarkeit und Produktivität von Böden Adugna، G. (2016): مراجعة حول تأثير السماد على خصائص التربة واستخدام المياه وإنتاجية المحاصيل. في: مجلة أبحاث العلوم الزراعية ، المجلد 4 ، LTZ (2017) ، تطبيق السماد المستدام في الزراعة.

[16] Jeffery S.، Verheijen F.G .A.، van der Velde، M. and Bastos، A.C (2011) مراجعة كمية لتأثيرات تطبيق الفحم الحيوي على التربة على إنتاجية المحاصيل باستخدام التحليل التلوي. الزراعة والنظم البيئية والبيئة. إلسفير بي في 144 (1): 175-187

وو هـ وآخرون. (2016) استجابات المجتمع البكتيري وجينات العلامة الوظيفية لدورات النيتروجين للفحم الحيوي والسماد العضوي والتعديلات المجمعة في التربة. علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية. علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والتكنولوجيا الحيوية 100 (19): 8583-8591

دينغ واي وآخرون. (2016) Biochar لتحسين خصوبة التربة. مراجعة. الهندسة الزراعية من أجل التنمية المستدامة. الهندسة الزراعية من أجل التنمية المستدامة 36 (2). متاح على: http://dx.doi.org/10.1007/s13593-016-0372-z.

[17] Bucheli T.، Hilber-Schöb I.، Schmidt H. P. (2015) هيدروكربونات عطرية متعددة الحلقات ومركبات عطرية متعددة الكلور في الفحم الحيوي. في: ليمان جيه ، جوزيف س (محرران) ، Biochar للإدارة البيئية. إيرثسكان ، لندن ، ص 593-622.
De la Rosa JM et al (2019) تأثير ظروف الانحلال الحراري على المحتويات الإجمالية للهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات في الفحم الحيوي المنتج من المخلفات العضوية: تقييم مخاطرها المحتملة. Sci Total Environ 667:


عزل الكربون في المناخات القاحلة

أجريت الدراسة في شمال الوادي الأوسط بولاية كاليفورنيا في مرفق الزراعة المستدامة رسل رانش ، وهو جزء من معهد الاستدامة الزراعية في جامعة كاليفورنيا في ديفيس. تشير النتائج إلى أن مناخات البحر الأبيض المتوسط ​​شبه القاحلة مثل موقع الدراسة قد تكون قادرة على تخزين قدر أكبر بكثير من الكربون في التربة مما كان يُعتقد أنه ممكن في السابق.

قالت وزيرة الخارجية كارين روس ، من إدارة الأغذية والزراعة بكاليفورنيا: "يأتي هذا العمل الصادر عن Russell Ranch في UC Davis في الوقت المناسب جدًا حيث تستثمر الولاية في برامج لعزل الكربون في التربة". "يعتبر عزل الكربون في التربة من خلال إضافة السماد من الممارسات الرئيسية في برنامج التربة الصحية ، ويسعدنا أن الجهود العلمية والسياساتية تتماشى وتدعم بعضها البعض."

تشير النتائج أيضًا إلى فرصة للكومبوست لتوفير فوائد متعددة ومترابطة للمزارعين والبيئة من خلال تحسين التربة ، والحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري ، وتحويل مخلفات الحيوانات والغذاء إلى منتج قيم تحتاجه التربة.

ومن بين المؤلفين المشاركين في الدراسة آمي لاي غودين وأنطوني أوجين وإسرائيل هيريرا من جامعة كاليفورنيا في ديفيس.

تم دعم الدراسة بتمويل من المعهد الوطني للأغذية والزراعة التابع لوزارة الزراعة الأمريكية وكلية UC Davis للزراعة والعلوم البيئية.


ما هو الكربون في التربة؟ - مادة الاحياء

  • الكربون العضوي في التربة (SOC) هو أساس الزراعة المستدامة
  • يتم تدويرها عبر الغلاف الجوي ، من خلال النباتات والحيوانات ، ومن خلال التربة
  • يؤثر إنتاج الغذاء على كمية الكربون في التربة حيث أن حصاد المنتجات النباتية والحيوانية يزيل الكربون من النظام الزراعي
  • من خلال زيادة كمية الكربون المخزنة في التربة ، يمكننا تعويض كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بشكل كبير وكذلك تحسين صحة تربتنا
  • تؤدي زيادة المادة العضوية في التربة إلى زيادة كمية الكربون في التربة ، وينتج عن ذلك مجموعة واسعة من الفوائد الصحية للتربة
  • هناك مجموعة كاملة من مستويات SOC في أنواع التربة المختلفة
  • بالنسبة للتربة السطحية ، تتراوح نسبة SOC من حوالي 10٪ في تربة جبال الألب إلى أقل من 0.5٪ في تربة الصحراء. في مناطق Corangamite ، تقدر SOC بحوالي 3-5 ٪ في أنظمة الرعي و 2-3 ٪ في أنظمة المحاصيل
  • يمكن أن تكون كمية SOC المخزنة في ملف تعريف التربة كبيرة. على سبيل المثال ، إذا كان هناك 1٪ SOC على عمق 30 سم من التربة ، فإن كمية SOC المخزنة على مساحة 1 هكتار من الأرض يمكن أن تزن حوالي 42 طنًا. عادةً ما تحتوي الطبقة السطحية على أعلى مستوى من SOC والذي يتناقص مع العمق أسفل ملف تعريف التربة. تعتمد الكمية الفعلية من SOC الموجودة في التربة على عدد من العوامل
  • كمية SOC المخزنة في التربة هي الفرق بين جميع مدخلات SOC والخسائر من التربة
  • تتحدد بعوامل مثل هطول الأمطار ودرجة الحرارة والغطاء النباتي ونوع التربة
  • المدخلات الرئيسية من SOC للتربة في أنظمة الزراعة البعلية هي من المواد النباتية ، مثل بقايا المحاصيل وجذور النباتات وإفرازات الجذور وروث الحيوانات
  • تنجم خسائر SOC من التربة عن التحلل بواسطة الكائنات الحية الدقيقة ، وتآكل التربة السطحية ، وتآكل الإنتاج النباتي والحيواني.
  • Decomposition and SOC:
    • Occurs when microorganisms use SOC in soil to obtain the carbon, nutrients and energy they need to live
    • During decomposition, SOC is lost from soil because microorganisms convert about half of the SOC to carbon dioxide gas (CO2). Without continual inputs of SOC, the amount stored in soil will decrease over time because SOC is always being decomposed by microorganisms
    • Erosion of surface soil and SOC:
      • Losses of SOC from erosion of surface soil can have a large impact on the amount of SOC stored in soil
      • This is because OC is concentrated in the surface soil layer as small particles that are easily eroded
      • In Australian agriculture, erosion can cause the annual loss of 0.2 t/ha of soil from a pasture, 8 t/ha from a crop and up to 80 t/ha from bare fallow
      • Although there is very limited information available on soil organic carbon levels in the Corangamite region at this stage, preliminary results have shown that higher organic carbon levels are likely in higher rainfall areas featuring long-standing perennial vegetation, with minimal agricultural land use
      • Figure 1 illustrates the difference in soil organic carbon levels at a farm scale under different management practises
      • Figure 1 - Two soils from neighbouring paddocks, soil A has high organic carbon levels, while soil B has lower carbon levels due to poor land management practises - Source: CCMA

  • Measuring soil organic carbon

    A number of techniques exist by which differences in soil organic matter and carbon can be assessed between sites, soils, land-uses, land-management types and through time.

    The currently accepted standard for measuring soil carbon is the LECO method. This method uses a total combustion approach where a soil sample is heated to more than 1000 degrees Celsius. The carbon dioxide liberated from the sample during this process is measured directly to give a measure of total soil carbon. This is now the standard technique for soil carbon estimation for carbon accounting.


    SOIL BIOLOGY AND THE LANDSCAPE

    An incredible diversity of organisms make up the soil food web. They range in size from the tiniest one-celled bacteria, algae, fungi, and protozoa, to the more complex nematodes and micro-arthropods, to the visible earthworms, insects, small vertebrates, and plants.

    As these organisms eat, grow, and move through the soil, they make it possible to have clean water, clean air, healthy plants, and moderated water flow.

    There are many ways that the soil food web is an integral part of landscape processes. Soil organisms decompose organic compounds, including manure, plant residue, and pesticides, preventing them from entering water and becoming pollutants. They sequester nitrogen and other nutrients that might otherwise enter groundwater, and they fix nitrogen from the atmosphere, making it available to plants. Many organisms enhance soil aggregation and porosity, thus increasing infiltration and reducing runoff. Soil organisms prey on crop pests and are food for above-ground animals.

    The soil environment. Organisms live in the microscale environments within and between soil particles. Differences over short distances in pH, moisture, pore size, and the types of food available create a broad range of habitats.

    Credit: S. Rose and E.T. Elliott. يرجى الاتصال بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

    The Food Web: Organisms and Their Interaction

    The soil food web is the community of organisms living all or part of their lives in the soil. A food web diagram shows a series of conversions (represented by arrows) of energy and nutrients as one organism eats another.

    All food webs are fueled by the primary producers: the plants, lichens, moss, photosynthetic bacteria, and algae that use the sun's energy to fix carbon dioxide from the atmosphere. Most other soil organisms get energy and carbon by consuming the organic compounds found in plants, other organisms, and waste by-products. A few bacteria, called chemoautotrophs, get energy from nitrogen, sulfur, or iron compounds rather than carbon compounds or the sun.

    As organisms decompose complex materials, or consume other organisms, nutrients are converted from one form to another, and are made available to plants and to other soil organisms. All plants - grass, trees, shrubs, agricultural crops - depend on the food web for their nutrition.

    What Do Soil Organisms Do?

    Growing and reproducing are the primary activities of all living organisms. As individual plants and soil organisms work to survive, they depend on interactions with each other. By-products from growing roots and plant residue feed soil organisms. In turn, soil organisms support plant health as they decompose organic matter, cycle nutrients, enhance soil structure, and control the populations of soil organisms including crop pests.

    Organic Matter Fuels the Food Web

    Organic matter is many different kinds of compounds - some more useful to organisms than others. In general, soil organic matter is made of roughly equal parts humus and active organic matter. Active organic matter is the portion available to soil organisms. Bacteria tend to use simpler organic compounds, such as root exudates or fresh plant residue. Fungi tend to use more complex compounds, such as fibrous plant residues, wood and soil humus.

    Intensive tillage triggers spurts of activity among bacteria and other organisms that consume organic matter (convert it to CO2), depleting the active fraction first. Practices that build soil organic matter (reduced tillage and regular additions of organic material) will raise the proportion of active organic matter long before increases in total organic matter can be measured. As soil organic matter levels rise, soil organisms play a role in its conversion to humus - a relatively stable form of carbon sequestered in soils for decades or even centuries.

    Soil organic matter is the storehouse for the energy and nutrients used by plants and other organisms. Bacteria, fungi, and other soil dwellers transform and release nutrients from organic matter. These microshredders, immature oribatid mites, skeletonize plant leaves. This starts the nutrient cycling of carbon, nitrogen, and other elements.

    Credit: Roy A. Norton, College of Environmental Science & Forestry, State University of New York. يرجى الاتصال بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

    Food Sources for Soil Organisms

    "Soil organic matter" includes all the organic substances in or on the soil. Here are terms used to describe different types of organic matter.

    • Living organisms: Bacteria, fungi, nematodes, protozoa, earthworms, arthropods, and living roots.
    • Dead plant material organic material detritus surface residue: All these terms refer to plant, animal, or other organic substances that have recently been added to the soil and have only begun to show signs of decay. Detritivores are organisms that feed on such material.
    • Active fraction organic matter: Organic compounds that can be used as food by microorganisms. The active fraction changes more quickly than total organic matter in response to management changes.
    • Labile organic matter: Organic matter that is easily decomposed.
    • Root exudates: Soluble sugars, amino acids and other compounds secreted by roots.
    • Particulate organic matter (POM) or Light fraction (LF) organic matter: POM and LF have precise size and weight definitions. They are thought to represent the active fraction of organic matter which is more difficult to define. Because POM or LF is larger and lighter than other types of soil organic matter, they can be separated from soil by size (using a sieve) or by weight (using a centrifuge).
    • Lignin: A hard-to-degrade compound that is part of the fibers of older plants. Fungi can use the carbon ring structures in lignin as food.
    • Recalcitrant organic matter: Organic matter such as humus or lignin-containing material that few soil organisms can decompose.
    • Humus or humified organic matter: Complex organic compounds that remain after many organisms have used and transformed the original material. Humus is not readily decomposed because it is either physically protected inside of aggregates or chemically too complex to be used by most organisms. Humus is important in binding tiny soil aggregates, and improves water and nutrient holding capacity.

    Where Do Soil Organisms Live?

    The organisms of the food web are not uniformly distributed through the soil. Each species and group exists where they can find appropriate space, nutrients, and moisture. They occur wherever organic matter occurs - mostly in the top few inches of soil (see graph below), although microbes have been found as deep as 10 miles (16 km) in oil wells. Soil organisms are concentrated:

    Around roots. The rhizosphere is the narrow region of soil directly around roots. It is teeming with bacteria that feed on sloughed-off plant cells and the proteins and sugars released by roots. The protozoa and nematodes that graze on bacteria are also concentrated near roots. Thus, much of the nutrient cycling and disease suppression needed by plants occurs immediately adjacent to roots.

    In litter. Fungi are common decomposers of plant litter because litter has large amounts of complex, hard-to-decompose carbon. Fungal hyphae (fine filaments) can "pipe" nitrogen from the underlying soil to the litter layer. Bacteria cannot transport nitrogen over distances, giving fungi an advantage in litter decomposition, particularly when litter is not mixed into the soil profile. However, bacteria are abundant in the green litter of younger plants which is higher in nitrogen and simpler carbon compounds than the litter of older plants. Bacteria and fungi are able to access a larger surface area of plant residue after shredder organisms such as earthworms, leaf-eating insects, millipedes, and other arthropods break up the litter into smaller chunks.

    On humus. Fungi are common here. Much organic matter in the soil has already been decomposed many times by bacteria and fungi, and/or passed through the guts of earthworms or arthropods. The resulting humic compounds are complex and have little available nitrogen. Only fungi make some of the enzymes needed to degrade the complex compounds in humus.

    On the surface of soil aggregates. Biological activity, in particular that of aerobic bacteria and fungi, is greater near the surfaces of soil aggregates than within aggregates. Within large aggregates, processes that do not require oxygen, such as denitrification, can occur. Many aggregates are actually the fecal pellets of earthworms and other invertebrates.

    In spaces between soil aggregates. Those arthropods and nematodes that cannot burrow through soil move in the pores between soil aggregates. Organisms that are sensitive to desiccation, such as protozoa and many nematodes, live in water-filled pores.

    Bacteria are abundant around this root tip (the rhizosphere) where they decompose the plentiful simple organic substances.

    Credit: No. 53 from Soil Microbiology and Biochemistry Slide Set. 1976 J.P. Martin, et al., eds. SSSA, Madison WI. يرجى الاتصال بجمعية الحفاظ على التربة والمياه على [email protected] للحصول على المساعدة في الصور المحمية بحقوق الطبع والنشر (المعتمدة).

    When Are They Active?

    The activity of soil organisms follows seasonal patterns, as well as daily patterns. In temperate systems, the greatest activity occurs in late spring when temperature and moisture conditions are optimal for growth. However, certain species are most active in the winter, others during dry periods, and still others in flooded conditions.

    Not all organisms are active at a particular time. Even during periods of high activity, only a fraction of the organisms are busily eating, respiring, and altering their environment. The remaining portion are barely active or even dormant.

    Many different organisms are active at different times, and interact with one another, with plants, and with the soil. The combined result is a number of beneficial functions including nutrient cycling, moderated water flow, and pest control.

    The Importance of the Soil Food Web

    The living component of soil, the food web, is complex and has different compositions in different ecosystems. Management of croplands, rangelands, forestlands, and gardens benefits from and affects the food web. The next unit of the Soil Biology Primer, The Food Web & Soil Health, introduces the relationship of soil biology to agricultural productivity, biodiversity, carbon sequestration and to air and water quality. The remaining six units of the Soil Biology Primer describe the major groups of soil organisms: bacteria, fungi, protozoa, nematodes, arthropods, and earthworms.


    Discuss

    With a partner or a group, discuss the following:

    • What organisms exist below ground.
    • Using information from the video and what you have learned about carbon so far in this module, describe the role these organisms have in carbon cycle processes, moving carbon from one place to another, and/or transforming carbon compounds to new carbon compounds.

    More carbon is stored in soil than in Earth's vegetation and atmosphere combined

    Soil organic carbon (SOC) is the main constituent of soil organic matter (SOM) organic matter component of soil, consisting of plant and animal residues at various stages of decomposition, cells and tissues of soil organisms, and substances synthesized by soil organisms. . SOM is formed by the biological, chemical and physical decay of organic materials on the soil surface and below the ground. Basically, soil organic matter (SOM) is composed of anything that once lived, including:

    • organic bits and pieces of plant and animal remains in various stages of decomposition, sloughed off cells and tissues of soil organisms, and substances from plant roots and soil microbes.
    • living soil microbes (bacteria, fungi, archaea, nematodes and protozoa) and plant roots. If we weighed all of the organisms found in soil, soil microbes would comprise about 90-95% of that weight.
    • الدبال, a chemically stable type of organic matter composed of large, complex organic carbon compounds, minerals, and soil particles. Humus is resistant to further decomposition unless disturbed by a change in environmental conditions. If undisturbed, humus can store soil carbon for hundreds to thousands of years. This makes humus a very important carbon sink.
    • فحم (biochar), incompletely burned plant material. Charcoal can remain undecomposed in the soil for decades to centuries.

    The carbon balance within soil is controlled by carbon inputs from photosynthesis, carbon losses by respiration and carbon storage in humus

    Soil Carbon Storage: Carbon balance within the soil (brown box) is controlled by carbon inputs from photosynthesis and carbon losses by respiration.

    For years, soil scientists and farmers have known that carbon can persist for long periods of time in carbon-rich humus. Humus is formed when soil organic material is degraded by soil microbes that reside in the soil. However, humus is a very complex substance and not fully understood. Current research indicates that the length of time soil carbon persists in humus and other SOM components depends on many ecosystem interactions between SOM and microbes, minerals, moisture and temperature. (Schmidt, M., Torn, M., et al). Scientists do not know yet how long this carbon will stayed stored in soil or if environmental disturbances will move large amounts into the atmosphere amplifying climate change.

    Plant root exudation oozing out of complex carbon compounds such as sugars, protein proteins through the pores of roots to the surrounding soil. transfers a variety of complex organic carbon compounds such as acids, sugars and protein enzymes from the roots of trees and shrubs into the surrounding soil and into a symbiotic ecosystem of mycorrhizal fungi. fungi that have a symbiotic relationship with plants, living on and in plants' roots. These fungi get sugars from the plant in return for greatly enhancing the plant's ability to take up water and nutrients from the soil. Mycorrizal fungi eat the sugars and then deposit carbon-containing residue in the surrounding soil. Recent research indicates some types of these fungi (ectomycorrhizal fungi) can lead to up to 70% more carbon stored in soil. (Averill, C., et al)

    Next, watch the video from the International Year of Soil, 2015. As you watch, make note of:

    • how carbon moves into, around and out of soil and
    • the role of vegetation in recycling CO2 back into soil.

    Soil Biology Testing

    In our world of precision agriculture today, we understand that there is tremendous variability in the soils we farm. Years ago, it was common to make blanket applications of one rate of lime and/or fertilizer on every acre. Today, we use technology like VRT to get precise amounts of lime and fertilizer where we need it. Without knowing the current status of your soil on grid points (nutrient and pH levels), you won't be able to lime and fertilize your soil in a cost-effective manner.

    Similar to the variability in nutrient status and pH levels of soil, there is also significant variability of the soils microbial community on each farm. Management practices such as tillage, herbicide use, fungicide use, and more all greatly influence your soils microbiome. Considering the fact that the benefit of using a biological product is boosting the microbes in your soil, you need to know which microbes are at adequate levels, and which ones need some nurturing. The benefit of biological products is feeding and boosting the microbial populations, which in turn will provide your crops with more nutrients, antibiotics, growth hormones, and more. Our belief is that in order to make the best purchasing decisions regarding biological products, you need to know the current state of your soil's biology.

    One of the biggest problems we see in the world of biological products is companies making uneducated blanket recommendations and product decisions. There are many different products on the market. Different carbon sources stimulate different microorganisms in the soil. We believe that analyzing those microbial communities is the first step in understanding which products would provide the most return on investment on your farm.

    Our lab staff is certified in direct microscopy evaluation and classification techniques to ensure accurate results of your soil's microbiome.

    When you send your samples to us, we will provide you with a copy of your results, as well as a detailed description of what we recommend to help stimulate and rebalance your microbial community.


    Soil pore structure is key to carbon storage

    Alexandra Kravchenko, Michigan State University professor in the Department of Plant, Soil and Microbial Sciences, and several of her colleagues recently discovered a new mechanism determining how carbon is stored in soils that could improve the climate resilience of cropping systems and also reduce their carbon footprints.

    The findings, published last week in the scientific journal اتصالات الطبيعة, reveal the importance of soil pore structure for stimulating soil carbon accumulation and protection.

    "Understanding how carbon is stored in soils is important for thinking about solutions for climate change," said Phil Robertson, University Distinguished Professor of Plant, Soil and Microbial Sciences, and a co-author of the study. "It's also pretty important for ways to think about soil fertility and therefore, crop production."

    The study was conducted through the MSU Great Lakes Bioenergy Research Center, funded by the U.S. Department of Energy, and the Kellogg Biological Station Long-term Ecological Research program funded by the National Science Foundation, or NSF, and it was supported by NSF's Division of Earth Sciences.

    Over a period of nine years, researchers studied five different cropping systems in a replicated field experiment in southwest Michigan. Of the five cropping systems, only the two with high plant diversity resulted in higher levels of soil carbon. Kravchenko and her colleagues used X-ray micro-tomography and micro-scale enzyme mapping to show how pore structures affect microbial activity and carbon protection in these systems, and how plant diversity then impacts the development of soil pores conducive to greater carbon storage.

    John Schade, from the NSF Division of Environmental Biology, said the results may transform the understanding of how carbon and climate can interact in plant and soil microbial communities.

    "This is a clear demonstration of a unique mechanism by which biological communities can alter the environment, with fundamental consequences for carbon cycling," Schade said.

    "One thing that scientists always tend to assume is that the places where the new carbon enters the soil are also the places where it is processed by microbes and is subsequently stored and protected," Kravchenko said. "What we have found is that in order to be protected, the carbon has to move it cannot be protected in the same place where it enters."

    Scientists have traditionally believed soil aggregates, clusters of soil particles, were the principal locations for stable carbon storage.

    Recent evidence, however, shows that most stable carbon appears to be the result of microbes producing organic compounds that are then adsorbed onto soil mineral particles. The research further reveals that soil pores created by root systems provide an ideal habitat where this can occur.

    Of particular importance are soils from ecosystems with higher plant diversity. Soils from restored prairie ecosystems, with many different plant species, had many more pores of the right size for stable carbon storage than did a pure stand of switchgrass.

    "What we found in native prairie, probably because of all the interactions between the roots of diverse species, is that the entire soil matrix is covered with a network of pores," Kravchenko said. "Thus, the distance between the locations where the carbon input occurs, and the mineral surfaces on which it can be protected is very short.

    "So, a lot of carbon is being gained by the soil. In monoculture switchgrass the pore network was much weaker, so the microbial metabolites had a much longer way to travel to the protective mineral surfaces," explained Kravchenko.

    Robertson said the research may prompt farmers to focus on plant diversity when attempting to increase soil carbon storage.

    "We used to think the main way to put more carbon in soil is to have plants produce more biomass either as roots or as residue left on the soil surface to decompose," Robertson said.

    "What this research points out is that there are smarter ways of storing carbon than such brute force approaches. If we can design or breed crops with rooting characteristics that favor this kind of soil porosity and therefore that favor soil carbon stabilization, that would be a pretty smart way to design systems that can build carbon faster."

    Nick Haddad, director of the Kellogg Biological Station Long-term Ecological Research program, said research that builds from these findings will continue to discover ways to improve the sustainability of agricultural ecosystems and landscapes.

    "Long-term research shows surprising ways that a diversity of plants can benefit the microbes needed for a resilient agricultural system," Haddad added.